PBF 금속 3D프린팅 공정 흐름과 핵심 조건 정리

 

본문

PBF 방식은 금속 3D프린팅에서 가장 많이 사용되는 공정 중 하나입니다.
PBF는 Powder Bed Fusion의 약자로, 금속 분말을 얇게 펼친 뒤 레이저 또는 전자빔을 이용해 필요한 영역만 선택적으로 녹여 적층하는 방식입니다.

이 방식은 복잡한 형상, 내부 격자 구조, 의료기기 임플란트, 항공우주 부품, 금형 냉각 채널 제작 등에 활용됩니다.

1. 3D 모델 준비

가장 먼저 CAD 모델을 준비합니다.
일반적으로 STEP, STL 등의 파일을 사용하며, 출력 장비와 소프트웨어에 맞게 방향 설정, 서포트 생성, 슬라이싱 작업을 진행합니다.

이 단계에서 빌드 방향과 서포트 설계가 매우 중요합니다.
같은 형상이라도 어떤 방향으로 배치하느냐에 따라 출력 시간, 서포트 양, 변형, 표면 품질이 달라질 수 있습니다.

2. 금속 분말 도포

장비 내부의 빌드 플레이트 위에 금속 분말을 얇게 펼칩니다.
이때 레이어 두께는 장비와 소재, 품질 요구사항에 따라 달라집니다.

분말이 고르게 펼쳐지지 않으면 용융 불량, 표면 결함, 기공, 층간 결합 불량이 발생할 수 있습니다.
따라서 분말의 입도 분포, 유동성, 수분 관리가 중요합니다.

3. 레이저 선택 용융

분말이 도포되면 레이저가 해당 레이어의 단면을 따라 이동하면서 필요한 부분만 녹입니다.
이때 내부 영역은 해칭 조건으로 채워지고, 외곽부는 컨투어 조건으로 마무리되는 경우가 많습니다.

해칭은 내부 밀도와 생산성에 영향을 주고, 컨투어는 외곽 치수와 표면 품질에 영향을 줍니다.

4. 빌드 플레이트 하강

한 레이어의 용융이 끝나면 빌드 플레이트가 일정 높이만큼 내려갑니다.
이후 리코터 또는 블레이드가 다시 분말을 펼치고, 다음 레이어를 용융합니다.

이 과정을 수백 번 또는 수천 번 반복하면서 3차원 형상이 만들어집니다.

5. 출력 완료 후 분말 제거

출력이 완료되면 장비 내부에서 빌드가 냉각된 후, 출력물 주변의 미용융 분말을 제거합니다.
이때 분말 회수, 시빙, 재사용 여부 판단이 함께 이루어질 수 있습니다.

금속 분말은 안전 관리가 중요합니다.
분말 비산, 정전기, 산화, 오염을 방지하기 위한 작업 절차가 필요합니다.

6. 열처리와 후가공

출력물은 대부분 출력 직후 바로 최종품이 되지 않습니다.
잔류응력 제거, 기계적 성질 확보, 조직 안정화를 위해 열처리를 진행하는 경우가 많습니다.

이후 와이어 커팅으로 빌드 플레이트에서 분리하고, 서포트 제거, 표면처리, 가공, 세척, 검사 과정을 거칩니다.

PBF 공정에서 중요한 관리 항목

항목영향

빌드 방향	변형, 서포트, 표면 품질
레이저 조건	밀도, 기공, 용융 안정성
해칭 조건	내부 품질과 생산성
컨투어 조건	외곽 치수와 표면 품질
분말 상태	유동성, 산화, 결함 발생
산소 농도	산화와 소재 품질
열처리	잔류응력과 기계적 성질

정리

PBF 방식 금속 3D프린팅은 단순히 3D 모델을 넣고 출력하는 공정이 아닙니다.
모델링, 빌드 방향, 서포트, 분말 상태, 레이저 조건, 열처리, 후가공까지 모두 연결된 제조 공정입니다.

따라서 출력 품질을 높이기 위해서는 장비 조건뿐 아니라 전체 공정 흐름을 이해하고 관리해야 합니다.

금속 3D프린팅 출력불량 분석, 의료기기 시제품 제작, 시험규격 검토, 적층제조 공정 검토가 필요한 경우 댓글 또는 이메일로 문의해 주세요.